プラズマMOCVD法によるBN-C系ナノコンポジット膜の作製

• Project/Area Number: 10137245
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: 伊藤 滋 東京理科大学, 理工学部・工業化学科, 助教授 (10120164)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 明石 和夫 東京理科大学, 理工学部・工業化学科, 教授 (00013095)
• Project Period (FY): 1997 – 1998
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1998)
• Budget Amount: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000); Fiscal Year 1998: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
• Keywords: カーボンアロイ / ナノコンポジット / BN-C / プラズマ / MOCVD / トリメチルアミンボラン / 高密度プラズマ

Research Abstract

本研究では、プラズマMOCVD法によるBN-Cナノコンポジット膜の作製において、反応ガス中にC_2H_2を添加ずることにより、生成膜中のBN/C組成の制御を試みた。プラズマとして、通常の電子密度を持つプラズマ(電子密度:10^<10>cm^<-3>)と比較して、1000倍以上高い電子密度を持つ高密度プラズマ(電子密度:10^<13>cm^<-3>)を用いた。高密度プラズマは誘導結合方式により、13.56MHz、300Wの出力で発生させた。MO試薬としては、分子内にすでにB、N、Cを含んでいるトリメチルアミンボラン((CH_3)_3N-BH_3)を用いた。実験の手順としては、まず、反応容器、原料蒸発器を排気後、基板をヒーターを用いて所定温度(700℃)まで上昇させ、同時に原料蒸発器内に充填したMO原料を30℃で蒸発させた。次にMO原料をキャリヤーガス(N_2,H_2,C_2H_2)により反応容器内に導入し、プラズマによりC_2H_2とともに分解させ、Si(100)基板(12×12×0、5mm)上に30分間成膜した。
生成膜のFT-IRスペクトル、XPSスペクトルから生成膜中に、B-N結合、C-C結合の存在が確認された。しかしながら、XRDパターンからはピークが観察されず、BN-C膜はBN、Cともにアモルファスであることが確認された。すなわち、この場合にも生成膜はナノコンポジット膜であった。反応ガスとしてC_2H_2+H_2混合ガスを用いた場谷には、膜中のNはBと比較して少なくなっており、B-N結合以外にB-C結合の存在が確認された。これに対して、反応ガスとしてC_2H_2+N_2混合ガスを用いた場合には、不足分の窒素が補填され、アモルファスのBNとアモルファスのCのみからなるナノコンポジット膜の作製に成功した。このとき、BNとCの組成はC_2H_2/N_2=0.067,1.5においてBN:C=1:2、C_2H_2/N_2=4.0においてBN:C=1:3と、組成の大きく異なる膜が作製された。